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GPS測量誤差的分類
GPS天線測量誤差的分類GPS測量是利用接收機接收衛(wèi)星播發(fā)的信息來確定點的三維坐標。影響測量結(jié)果的誤差來源于GPS衛(wèi)星、衛(wèi)星信號的傳播過程和地面接收設(shè)備。在高精度的GPS測量中（地球動力學(xué)研究），還應(yīng)考慮與地球整體運動有關(guān)的地球潮汐、負荷潮及相對論效應(yīng)等。為了便于理解，通常將各種誤差的影響投影到觀測站至衛(wèi)星的距離上，以相應(yīng)距離誤差來表示，稱之為等效距離誤差。表5-1列出了GPS測量的誤差類型及等效的距離誤差。
GPS天線測量誤差的分類GPS測量是利用接收機接收衛(wèi)星播發(fā)的信息來確定點的三維坐標。影響測量結(jié)果的誤差來源于GPS衛(wèi)星、衛(wèi)星信號的傳播過程和地面接收設(shè)備。在高精度的GPS測量中（地球動力學(xué)研究），還應(yīng)考慮與地球整體運動有關(guān)的地球潮汐、負荷潮及相對論效應(yīng)等。為了便于理解，通常將各種誤差的影響投影到觀測站至衛(wèi)星的距離上，以相應(yīng)距離誤差來表示，稱之為等效距離誤差。表5-1列出了GPS天線測量的誤差類型及等效的距離誤差。
GPS測量誤差的分類GPS測量是利用接收機接收衛(wèi)星播發(fā)的信息來確定點的三維坐標。影響測量結(jié)果的誤差來源于GPS衛(wèi)星、衛(wèi)星信號的傳播過程和地面接收設(shè)備。在高精度的GPS測量中（地球動力學(xué)研究），還應(yīng)考慮與地球整體運動有關(guān)的地球潮汐、負荷潮及相對論效應(yīng)等。為了便于理解，通常將各種誤差的影響投影到觀測站至衛(wèi)星的距離上，以相應(yīng)距離誤差來表示，稱之為等效距離誤差。表5-1列出了GPS測量的誤差類型及等效的距離誤差。
若根據(jù)誤差的性質(zhì)，上述誤差可分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差兩類。偶然誤差主要包括信號的多路徑效應(yīng)及觀測誤差等；系統(tǒng)誤差主要包括衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機鐘差以及大氣折射誤差等。其中系統(tǒng)誤差遠大于偶然誤差，它是GPS天線測量的主要誤差源。同時系統(tǒng)誤差有一定的規(guī)律可循，根據(jù)其產(chǎn)生的原因可采取不同的措施加以消除或減弱。主要的措施有：
①建立系統(tǒng)誤差模型，對觀測量進行修正；
②引入相應(yīng)的未知參數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中同其他未知參數(shù)一并求解；
③將不同觀測站對相同衛(wèi)星進行的同步觀測值求差。
下面分別討論在GPS天線測量中GPS衛(wèi)星、信號傳播及信號接收等誤差對定位精度的影響及其處理方法。
與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差這類誤差主要包括衛(wèi)星的星歷誤差、衛(wèi)星鐘誤差及相對論效應(yīng)。在GPS測量中，可通過一定的方法消除或減弱其影響，也可采用某種數(shù)學(xué)模型對其進行改正。
GPS衛(wèi)星星歷誤差GPS衛(wèi)星星歷誤差是指衛(wèi)星星歷所提供的衛(wèi)星空間位置與實際位置的偏差。
由于衛(wèi)星的空間位置是由地面監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星測軌結(jié)果計算而得，因此也稱衛(wèi)星軌道誤差。
由于衛(wèi)星在運行中受到多種攝動力的影響，單靠地面監(jiān)測站難以精確可靠的測定這些作用力對衛(wèi)星的作用規(guī)律，因而在星歷預(yù)報時會產(chǎn)生較大的誤差，估計和處理此類誤差比較困難。在一個觀測時間段內(nèi)，衛(wèi)星星歷誤差屬于系統(tǒng)性誤差，它將嚴重影響單點定位的精度，也是精密相對定位中的主要誤差來源之一。
星歷誤差的來源GPS衛(wèi)星星歷的數(shù)據(jù)來源有廣播星歷和精密星歷（實測星歷）兩種。
1）廣播星歷廣播星歷是衛(wèi)星電文中所攜帶的主要信息。它是根據(jù)美國GPS控制中心跟蹤站的觀測數(shù)據(jù)進行外推，通過GPS衛(wèi)星發(fā)播的一種預(yù)報星歷。由于我們尚不能充分了解作用在衛(wèi)星上的各種攝動力因素的大小及變化規(guī)律，所以預(yù)報數(shù)據(jù)中存在著較大的誤差。當(dāng)前從衛(wèi)星電文中解譯出來的星歷參數(shù)共17個，每小時更換一次。由這17個星歷參數(shù)確定的衛(wèi)星位置精度約為20~40m，有時可達80m.GPS正式運行后，啟用全球均勻分布的跟蹤網(wǎng)進行測軌和預(yù)報，此時由星歷參數(shù)計算的衛(wèi)星坐標可精確到5~10m。不過根據(jù)美國政府的GPS政策，廣大用戶很難從系統(tǒng)的改善中獲得應(yīng)有的精度。
2）實測星歷它是根據(jù)實測資料進行擬合處理而直接得出的星歷。它需要在一些已知精確位置的點上跟蹤衛(wèi)星來計算觀測瞬間的衛(wèi)星真實位置，從而獲得精確可靠的精密星歷。這種星歷要在觀測后1~2個星期才能得到，這對導(dǎo)航和動態(tài)定位無任何意義，但是在靜態(tài)精密定位中具有重要作用。其次，GPS衛(wèi)星系統(tǒng)是高軌衛(wèi)星，區(qū)域性的跟蹤網(wǎng)也能獲得很高的定位精度。所以許多國家和組織都在建立自己的GPS衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)開展獨立的定位工作。
2.星歷誤差對定位精度的影響1）對單點定位的影響在GPS天線測量定位中，衛(wèi)星被作為空間的已知點，衛(wèi)星星歷被作為已知的起算數(shù)據(jù)。這樣，星歷誤差必將以某種方式傳遞給測站坐標，從而產(chǎn)生定位誤差。在GPS絕對定位中，廣播星歷誤差對測站坐標的影響可達幾十米到一百米。
2）對相對定位的影響在GPS相對定位中，衛(wèi)星星歷誤差對兩個相鄰測站的影響具有極強的相關(guān)性，所以，可以利用兩個相鄰測站上星歷誤差的相關(guān)性，采用相位觀測量求差的方法來削弱或消除星歷誤差的影響，從而獲得高精度的相對坐標。因此，星歷誤差對相對定位的影響遠小于對單點定位的影響。星歷誤差對相對定位的影響通常采用下式來進行估計：
式中，p為衛(wèi)星到觀測站的幾何距離；dp為衛(wèi)星的星歷誤差；D為基線向量長度；
dD為由于衛(wèi)星星歷誤差引起的基線誤差。
在SA技術(shù)的控制下，廣播星歷誤差可達100m，若取衛(wèi)星運行高度為20000km，則基線向量相對誤差dD/D在（1.3~0.1）×10-6之間。這一精度可滿足絕大部分測量工程需求。但隨著基線距離增加，衛(wèi)星星歷誤差引起的基線誤差將不斷增大。因此，對于長距離、高精度的GPS測量，需要采用精密星歷。目前采用的美國國家大地測量局（NGS）提供的精密星歷，其相對定位精度可達（1~0.4）×10-7。
這樣可滿足建立國家控制網(wǎng)、地殼運動監(jiān)測及高精度的測量工程要求。
3.削弱星歷誤差的方法1）建立衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)獨立測機建立用戶自己的GPS衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)，進行獨立測軌，這不僅可以使我國的用戶在非常時期不受美國政府有意降低衛(wèi)星星歷精度的影響，而且可向?qū)崟r動態(tài)定位用戶提供無人為干擾的預(yù)報星歷，向靜態(tài)定位用戶提供高精度的后處理星歷。
我國GPS天線測量專家在1988年就提出以國內(nèi)已有的VLBI/SLR站為基準建立衛(wèi)星測軌網(wǎng)的基本方案。目前，已在上海、長春、西安、烏魯木齊、昆明等地建立了測軌站，定軌精度約為3m。
2）采用軌道改進法這種方法的基本思想是在平差模型中將星歷中給出的衛(wèi)星軌道參數(shù)作為未知參數(shù)納入平差模型，通過平差同時求得測站位置及軌道偏差改正數(shù)。常采用的軌道改進法有半短弧法和短弧法。
a。半短弧法它是將攝動力影響較大的軌道切向、徑向及法向三個改正數(shù)作為未知參數(shù)，同測站坐標一并求解。該方法計算工作量較小，可明顯削弱軌道誤差的影響。根據(jù)有關(guān)資料介紹，經(jīng)該法改正后的軌道誤差在10m以內(nèi)。
b。短弧法它是將6個軌道參數(shù)作為未知參數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中同測站坐標及其他未知參數(shù)一并解出。這種方法有效地削弱了軌道誤差的影響，明顯地提高了定位精度，但其計算工作量較大。
軌道改進法也有一定的局限性，因此，它不宜作為GPS定位中的一種基本方法，而只能作為在無法獲得精密星歷情況下的補救措施。
c。同步求差法此方法是根據(jù)星歷誤差對距離不太遠（20km以內(nèi)）的兩個測站的影響基本相同的特點，在兩個或多個測站上同步觀測同一顆衛(wèi)星所得的觀測量求差，以減弱星歷誤差的影響。由于同一衛(wèi)星的位置誤差對不同觀測站同步觀測量的影響具有系統(tǒng)性，因此，可通過上述求差的方法，將兩站的共同誤差消除，其殘余誤差可由公式（5-1）來計算。
若取D=5km,p=20000km,dp=50m；則有1.3mm<DD<3MM。由此可見，采用同步求差法可有效減弱星歷誤差的影響。